DSP课程设计 音频信号频谱分析

CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGYDSP课程设计题目：DSP——音频信号频谱分析学生姓名：翦杰学号：200757170119班级:07-01专业：电子信息工程指导教师：黄亚飞、肖鸿实习起止时间:2010年12月27日至2011年1月7日音频信号频谱分析题目DSP—音频信号频谱分析学生姓名：翦杰学号：200757170119班级：电子信息工程07-01所在院(系):电气与信息工程指导教师：肖鸿、黄亚飞完成日期:2011年1月7日音频信号频谱分析第1页共30页音频信号频谱分析摘要随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展，数字信号处理技术已经逐渐发展成为一门关键的技术学科。而DSP芯片的出现则为数字信号处理算法的实现提供了可能。这一方面极大地促进了数字信号处理技术的进一步发展；另一方面，它也使数字信号处理的应用领域得到了极大的拓展。在国外DSP芯片已经被广泛地应用于当今技术革命的各个领域；在我国，DSP技术也正以极快的速度被应用到科技和国民经济的各个领域。本次课程设计介绍了音频信号频谱分析的原理以及其所涉及的硬件结构和软件设计，该设计是基于快速傅立叶变换（FFT）的方法对采集的音频信号进行频谱分析，得到音频信号的频率及功率，FFT算法采用TLC320AD50编写DSP程序实现。现可以完成256点的FFT运算，频率分辨率达到100Hz，输入信号电压（峰峰值）可以达到100mV到4V。关键词：音频信号；快速傅立叶变换；频谱分析；分辨率音频信号频谱分析第2页共30页目录1绪论……………………………………………….………………………………………..11.1课题背景........................................................................................................................11.2课题目的........................................................................................................................12硬件电路............................................................................................................................32.1系统框图.......................................................................................................................32.2信号处理部分...............................................................................................................32.2.1信号叠加电路...................................................................................................32.2.2低通滤波器........................................................................................................32.2.350Hz陷波电路....................................................................................................42.2.4电平转换电路.................................................................................................42.2.5信号采集部分...................................................................................................42.3时钟信号产生电路..................................................................................................133软件设计.........................................................................................................................143.1DSP初始化................................................................................................................143.2AD50初始化..............................................................................................................143.3设置DSP中断..........................................................................................................143.4数据存储................................................................................................................143.5数据输出.................................................................................................................143.6FFT算法..................................................................................................................144总结....................................................................................................................................17参考文献..................................................................................................................................19附录…………………………………………………………......…………….……...………20音频信号频谱分析第1页共30页1绪论1.1课题背景目前，在微电子技术发展的带动下，DSP芯片的发展日新月异，DSP的功能日益强大，性能价格比不断上升，开发手段不断改进。DSP芯片已经完全走下了“贵族”的圣坛。DSP芯片已经在通信与电子系统、信号处理系统、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器、电力系统等许多领域中得到了广泛的应用，而且新的应用领域在不断地被发掘。TI、AD、AT&T、Motorola和Lucent等公司是DSP芯片的主要生产商。其中TI公司的TMS320系列的DSP占据了全球DSP市场的50%左右。该系列产品在我国同样被用户广泛使用，市场份额更高，超过90％。鉴于多数DSP芯片和高速A/D、D/A芯片工艺为贴片封装，对一般用户来说工厂制版成本较高、手工工艺难制版、效果差等的困难，本系统设计了一套基于DSP芯片的最小系统板，并扩展了A/D、D/A实现语音信号的采集和回放，制作语音处理平台。设计的核心芯片采用TI公司的TMS320VC5402PGE100进行设计，其最高处理速度能达到100MIPS(每秒执行100百万条指令)，性能优越、性价比高，适合大多数用户和教学科研。基于DSP的运用领域和前景，结合我的专业跟个人爱好，本次毕业设计所选课题为DSP语音采集回放处理平台。以TMS320C5402DSP为核心，对外部语音信号进行采集，并对所采集信号进行语音处理，最后通过外部设备回放。该系统适合对单语音信号进行处理。由于设计过程中采用的A/D、D/A芯片是TI公司的TLC320AD50，所以最高采样速率为22.05KHZ。为了验证本次设计的正确性和可用性，对采集的语音信号进行FIR滤波，滤除50HZ交流信号，并抑制频率在3600HZ以上的语音信号。所设计的滤波器是带通滤波器，通带为200HZ—3400HZ，经过实验验证，得到了预期的滤波效果。证明本次单通道语音信号处理平台设计的正确性，可用性。1.2课题目的DSP课程设计是对《数字信号处理》、《DSP原理及应用》等课程的较全面练习和训练，是实践教学中的一个重要环节。音频信号频谱分析第2页共30页通过本次课程设计，综合运用数字信号处理、DSP技术课程以及其他有关先修课程的理论和生产实际知识去分析和解决具体问题，并使所学知识得到进一步巩固、深化和发展。初步培养学生对工程设计的独立工作能力，掌握电子系统设计的一般方法。通过课程设计完成基本技能的训练，如查阅设计资料和手册、程序的设计、调试等，提高学生分析问题、解决问题的能力。本题目通过TLC320AD50采集音频信号(f.max10kHz)，编写DSP的FFT处理程序（自定频谱分辨力），获得幅频特性之后，在点阵液晶(128*64)中大致显示出幅频图。并在液晶中用文字显示频率幅值前三的频率值。1、DSP与TLC320AD50接口电路的原理图绘制；2、DSP控制TLC320AD50的程序编写与调试；3、TLC320AD50进行语音模拟量到数字信号的转换，实现声音的采集，在CCS软件中分析信号的幅频特性；4、编写DSP的FFT处理程序；5、控制点阵液晶，实现绘图功能，将幅频图显示出来；6、按要求编写课程设计报告书，正确、完整的阐述设计和实验结果；7、在报告中绘制程序的流程图，并文字说明。音频信号频谱分析第3页共30页2硬件电路2.1系统框图本系统的硬件电路主要由信号预处理模块、信号采集模块、信号频谱分析模块、时钟触发信号、系统控制模块和键盘显示模块6部分组成。系统组成框图如图2.1所示。图2.1系统组成框图2．2信号处理部分信号预处理具体电路主要由信号合成、阻抗匹配、0.5f的低通滤波、50H的陷波器和信号抬高等部分组成，如图2.2所示。图2.2信号处理框图2.2.1信号叠加电路信号叠加电路采用反向求和电路，将3信号求和的输出，运放采用OP37。2.2.2低通滤波器音频信号频谱分析第4页共30页由于要求音频信号为10KHz以下，为了使信号得到更高的纯度，则需对不用的高频信号进行滤出，从而提高系统测量精度。通过滤波器的快速设计方法设计出12KHz的低通滤波器。2.2.350Hz陷波电路在音频信号中，工频50HZ信号对系统的影响最大，因此，在信号处理中加入50HZ的陷波电路。计算工公式为：f=1/2πRC。2.2.4电平转换电路由于ADC只能采集正电压，则需对信号进